公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)探析

黃銀香

（云南第一公路橋梁工程有限公司，云南 大理 671000）

前言

從全國各地眾多高速公路橋梁健康檢查情況來看，預(yù)應(yīng)力橋梁的裂縫病害相當(dāng)普遍，特別是箱梁橋。產(chǎn)生裂縫病害的原因很多，其中預(yù)應(yīng)力橋梁施工中出現(xiàn)的若干預(yù)應(yīng)力技術(shù)問題，已受到眾多專家的關(guān)注和質(zhì)疑。

1 預(yù)應(yīng)力橋梁的施工工藝問題

1.1 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)砼開始張拉的時(shí)間問題

為提高預(yù)應(yīng)力混凝土的早期強(qiáng)度，近幾年通過摻加早強(qiáng)劑的方法，一般澆注砼3d后就開始張拉預(yù)應(yīng)力，然而由于砼強(qiáng)度增長需要一定的時(shí)間，而且強(qiáng)度和彈性模量增長是不同步的，強(qiáng)度增長快,彈性模量長慢，早期砼變形大，過早張拉預(yù)應(yīng)力會(huì)使預(yù)應(yīng)力損失增加，導(dǎo)致橋梁承載力不足，而出現(xiàn)眾多裂縫病害。此外，采用現(xiàn)場試塊測得的早期砼強(qiáng)度等級(jí)代替現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的實(shí)際砼強(qiáng)度，也存在一定的問題。試驗(yàn)表明，出現(xiàn)事故的結(jié)構(gòu)最后驗(yàn)算時(shí)其實(shí)際強(qiáng)度均未達(dá)到現(xiàn)場測得的強(qiáng)度，有時(shí)候甚至很低。

1.2 預(yù)應(yīng)力超長束一端張拉工藝的問題

國內(nèi)現(xiàn)澆大跨度(3~5跨，每跨30～50m)預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁底板預(yù)應(yīng)力束一般采用一端張拉的工藝,例-如某箱梁橋5跨,第一聯(lián)跨66m,第二聯(lián)跨88m,第三聯(lián)跨150m，如采用一端張拉的工藝將一束鋼絞線拉直需要0.3～0.4fptk的拉力，而如此長的孔道要跨越多道箱梁橫隔板，其孔道摩阻是多少，要通過試驗(yàn)才能確定。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范[1-2]規(guī)定:跨度≥30m以上的預(yù)應(yīng)力橋梁，均要求采用兩端對(duì)稱張拉工藝，才能保證跨中有效預(yù)應(yīng)力和橋梁在恒載和活載作用下跨中所需抵抗彎矩的建立;否則會(huì)導(dǎo)致跨中承載力不足，而產(chǎn)生正截面裂縫。根據(jù)交通部專門調(diào)查資料，已通車的公路橋梁中，幾乎都出現(xiàn)過由于張拉工藝不適合而產(chǎn)生大量裂縫的現(xiàn)象。

1.3 后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉力控制的問題

預(yù)應(yīng)力施工作業(yè)不夠規(guī)范，特別是張拉力控制不嚴(yán)對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁質(zhì)量影響較大。一般張拉作業(yè)采用張拉力和預(yù)應(yīng)力筋伸長量同時(shí)控制，以張拉力為主，以伸長值校核張拉力。通常張拉力的計(jì)量采用1.5級(jí)油壓，誤差大，有的千斤頂甚至未經(jīng)計(jì)量標(biāo)定就張拉，而且張拉人員多數(shù)未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)，如果作業(yè)不專心，經(jīng)常容易出現(xiàn)較大誤差，甚至讀錯(cuò)表，發(fā)生張拉力忽高忽低的現(xiàn)象。特別在多束張拉時(shí)，由于每束張拉力都不同，往往對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的伸長值計(jì)算不準(zhǔn)確，彈性模量取值混亂，實(shí)際張拉時(shí)難以做到將伸長量按規(guī)范規(guī)定控制在±6%范圍內(nèi)，導(dǎo)致張拉力失控。

1.4 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量的問題

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿有兩個(gè)重要作用:一是保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋不被銹蝕;二是保證預(yù)力筋和結(jié)構(gòu)共同工作;然而實(shí)際工程中預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿不飽滿、不密實(shí)、漏漿和漏灌現(xiàn)象十分普遍，已成為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的通病。其主要原因除了施工單位對(duì)孔道壓漿工序不夠重視外，目前的壓漿工藝、留孔質(zhì)量、漿體配置等也存在一定問題，特別是漿體的水灰比，規(guī)范的規(guī)定值(0.4～0.45)偏大。采用規(guī)范規(guī)定的水灰比后孔道漿體泌水，孔道不易飽滿和密實(shí)。近幾年，采用新研制的外加劑JMH-3對(duì)漿體配置技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，將水灰比降到0.35以下，通過高速攪漿機(jī)(轉(zhuǎn)速≥1000r/min)，將漿體的流動(dòng)度提高到12s(規(guī)范規(guī)定為14～18s)，只要規(guī)范操作，普通壓漿工藝也能保證壓漿質(zhì)量。從南京長江二橋施工引進(jìn)的瑞士VSL公司真空輔助壓漿工藝技術(shù)，從壓漿工藝原理到漿體配置技術(shù)，應(yīng)該說是目前比較理想的壓漿工藝技術(shù)，值得推廣[3-4]。

1.5 后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的砼保護(hù)層失控問題由于砼保護(hù)層普遍偏小，而施工時(shí)采用的保護(hù)層水泥墊塊都已損壞和移位，導(dǎo)致梁板保護(hù)層失效，加之預(yù)應(yīng)力孔道壓漿多數(shù)不到位使箱梁底板和板梁底面出現(xiàn)許多縱橫向裂縫。建議推廣應(yīng)用塑料墊塊控制保護(hù)層厚度。

2 預(yù)應(yīng)力孔道和錨具存在的問題

2.1 后張法預(yù)留孔道質(zhì)量的問題

后張預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的預(yù)留孔道不流暢、漏漿現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致孔道摩阻和預(yù)應(yīng)力損失增大，已成為預(yù)應(yīng)力施工中的通病。后張法預(yù)留孔道普遍采用金屬波紋管，建設(shè)部1994年頒布了相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力砼留孔用金屬螺旋管》(JG/T3013-94)，然而市場上應(yīng)用的金屬波紋管，90%以上達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼帶厚度宜為0.3mm，而實(shí)際常用的僅0.24～0.28mm;波高要求≥2.5mm，而實(shí)際波高僅1.25～1.5mm，標(biāo)準(zhǔn)所要求的徑向剛度也普遍達(dá)不到。扁管的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更低，扁管內(nèi)徑高度規(guī)定兩種高度19mm(Φj12.7 鋼絞線用)和 25mm(Φj15.24 鋼絞線用)，現(xiàn)在普遍為22mm，由于徑向剛度小，導(dǎo)致留孔空間更小。建議重新修訂1994年的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要，并強(qiáng)制執(zhí)行。近兩年預(yù)留孔道又推廣應(yīng)用塑料波紋管，交通部2004年出臺(tái)了《預(yù)應(yīng)力砼橋梁用塑料波紋管》(JT/T529-2004)，建設(shè)部目前正在編制，并已出臺(tái)了征求意見稿。目前生產(chǎn)的塑料波紋管質(zhì)量問題較多，若不加強(qiáng)質(zhì)量控制和管理，對(duì)后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

2.2 扁錨和扁錨連接器應(yīng)用的問題

扁錨多應(yīng)用于結(jié)構(gòu)截面尺寸受到限制或構(gòu)造連接等特定條件下。例如，應(yīng)用于先簡支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)的支座負(fù)彎矩處作為構(gòu)造連接和橋面橫向整體連接，不作為主要受力用。然而近年來部分單位為了減小截面尺寸，追求經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在預(yù)應(yīng)力箱梁底板和板梁結(jié)構(gòu)中都采用扁錨，有的單位還申請(qǐng)專利、出標(biāo)準(zhǔn)圖，這是不可取的。由于扁錨的張拉工藝是采用逐根張拉，整體張拉設(shè)備技術(shù)不成熟，導(dǎo)致鋼絞線受力不均勻。采用扁波紋管留孔，扁孔空間很小，孔道摩阻大，特別是超長孔道采用一端張拉工藝，問題更加嚴(yán)重。上述某大橋5跨30m跨度連續(xù)箱梁，第一聯(lián)跨66m，采用5孔扁錨，扁金屬波紋管留孔，預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長值偏差在-10%～-40%，平均偏差-25%，超出規(guī)范要求的范圍。由此可見，由于超長束、扁孔孔道摩阻大和一端逐根張拉工藝不合理性，導(dǎo)致有效預(yù)應(yīng)力值平均減少25%。第二聯(lián)跨和第三聯(lián)跨分別為88m和150m,其有效預(yù)應(yīng)力將減少更多。另外，由于扁孔本身空間小，孔道壓漿困難，無法做到孔道壓漿飽滿。某高速公路25m跨預(yù)應(yīng)力空心板梁，采用扁錨預(yù)應(yīng)力,后因出現(xiàn)質(zhì)量事故，檢查發(fā)現(xiàn)只有兩端2m范圍內(nèi)的孔道有漿體，中間孔道幾乎沒有漿體，所以成橋后一旦通車必然出現(xiàn)裂縫。建議箱梁底板、腹板、空心板梁等結(jié)構(gòu)禁止采用扁錨。對(duì)于扁錨連接器的應(yīng)用更要慎重，尤其是5孔和3孔連接器，由于設(shè)計(jì)構(gòu)造不合理會(huì)導(dǎo)致偏心受力，不宜推廣使用。

2.3 錨具尺寸減小而影響錨具質(zhì)量的問題

2000年以后由于低價(jià)中標(biāo)的影響，盡管鋼材價(jià)格在上漲而錨具的價(jià)格逐年下滑。2005年每孔價(jià)格在20元(三件套)左右，最低每孔15元;而2000年前每孔40元左右，跌幅達(dá)50%，使生產(chǎn)廠家無利潤空間，政府又沒有保護(hù)措施，其后果只能是偷工減料。目前很多廠家將夾片長度減為38～40mm，錨環(huán)厚度、直徑和孔距的減小，使錨具質(zhì)量得不到保證。錨具的所有幾何尺寸都是經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算和無數(shù)次試驗(yàn)確定的，無任何科學(xué)依據(jù)，不可隨意更改尺寸,否則會(huì)影響錨固性能。國、內(nèi)外專家研究發(fā)現(xiàn)，夾片對(duì)高強(qiáng)度鋼絞線的夾持長度對(duì)錨具的錨固性能影響很大，夾持長度過小，會(huì)引起鋼絞線滑移錨不住;因此對(duì)夾片長度應(yīng)嚴(yán)格控制，一般不宜小于50mm[6-7]。錨板尺寸和厚度過小，會(huì)影響錨具的承載力，因此隨意地減小錨具尺寸后果將非常嚴(yán)重。

3 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力技術(shù)從理論到工程實(shí)踐經(jīng)過幾代人的研究和不斷創(chuàng)新，已發(fā)展為比較成熟的技術(shù)，然而經(jīng)調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，由于張拉工藝不適合、孔道和錨具質(zhì)量不合規(guī)范等原因，造成預(yù)應(yīng)力施工中仍存在許多不足之處，本文針對(duì)預(yù)應(yīng)力橋梁施工中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，以期引起相關(guān)設(shè)計(jì)和施工人員的高度重視。

[1]楊宗放，方先和.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土施工[M].中國建筑工業(yè)出版社，1993.

[2]JTJ041-2000.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]周明華.真空輔助壓漿技術(shù)在南京長江二橋索塔預(yù)應(yīng)力施工中的應(yīng)用 [J].建筑技術(shù)2001，32(12):825-826.

[4]周明華，孟少平.小曲率半徑U形預(yù)應(yīng)力束操作工藝試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2001，18(6):4-7.

[5]周明華，張蓓.大跨度橋梁施工中金屬波紋管的質(zhì)量檢驗(yàn)要求[J].施工技術(shù)，2001，30(7):30.

[6]周明華.影響夾片式錨具錨固性能的綜合因素[J].橋梁建設(shè)，2001，31(2):58-60.

[7]周明華.對(duì)夾片式扁錨的試驗(yàn)研究與應(yīng)用述評(píng)[J].工程質(zhì)量，2002，8.